CN108376738A - 一种利用纳米金属颗粒辅助微波实现半导体金属相变的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种利用纳米金属颗粒辅助微波实现半导体金属相变的方法，包括以下步骤：(1)：首先，在二维相变材料表面生长一层金属薄膜；(2)：接着，对二维相变材料进行退火，使得金属薄膜吸收热量转变为纳米金属颗粒；(3)：最后，将退火后的二维相变材料转入微波腔体，微波处理，即实现二维相变材料发生半导体‑金属相变。与现有技术相比，本发明使用纳米金属颗粒辅助微波诱导二维半导体材料发生相变，方法简单易实现，特别是在具有二维相变材料的电子器件中可简单容易的实现相变过程，因而在电子行业具有广泛的应用价值和前景。
Description
技术领域
本发明涉及半导体-金属相变材料领域，尤其是涉及一种利用纳米金属颗粒辅助微波实现半导体金属相变的方法。
背景技术
二维相变材料二碲化钼MoTe2属于层状过渡金属硫族化合物，具有二维的层状结构。它同质结光电效率极高，是硅的10—50倍；具有与硅几乎一样的能带隙，具有超高的载流子迁移率、饱和漂移速度和高的电、热导率等，因此可以代替硅成为新型的半导体材料。同时，单层MoTe2材料同时存在半导体相和金属相，并且半导体-金属相变转换能非常低。
MoTe2材料区别于硅材料的电学特性，尤其其特有的半导体-金属相变为其在新型电子器件的应用上开拓了新的应用可能和广阔的应用前景，例如其相变特性可应用在具有低接触电阻、低导通电压的场效应晶体管，亦可用于制作高电流开关比和载流子迁移率的场效应管。
目前，诱导MoTe2发生半导体—金属相变的技术手段主要有以下三种方法：1、电子束照射；2、激光辐射诱导；3、高温加热。但是此类方法有以下缺陷：1、技术实现手段复杂，过程繁琐；2、容易在MoTe2中造成创伤，引入缺陷。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种利用纳米金属颗粒辅助微波实现半导体金属相变的方法，使得如MoTe2的二维相变材料发生相变的过程简单易实现，在材料成型过程中引入更少的创伤。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种利用纳米金属颗粒辅助微波实现半导体金属相变的方法，包括以下步骤：
(1)：首先，在二维相变材料表面生长一层金属薄膜；
(2)：接着，对二维相变材料进行退火，使得金属薄膜吸收热量转变为纳米金属颗粒；
(3)：最后，将退火后的二维相变材料转入微波腔体，微波处理，即实现二维相变材料发生半导体-金属相变。
优选的，所述的二维相变材料为单层结构MoTe2。MoTe2原料可以采用常规市售原料，如南京牧科纳米科技有限公司，也可以自己根据现有技术制备。
更优选的，所述单层结构MoTe2的厚度在1nm以内。
优选的，所述的金属薄膜的材质为金或银，也可以是其他材质的金属。
优选的，所述的金属薄膜的厚度小于10nm，此处的金属薄膜可以采用电子束蒸发或者磁控溅射方法等制备得到。
优选的，步骤(2)中退火的温度为200-400℃，时间在1h以内。
优选的，微波处理的工艺条件为微波频率2.45GHz，功率2000瓦,处理时间0.5-1.5分钟左右
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
1)：先在二维相变材料表面生成纳米金属颗粒，再通过微波处理，使得纳米金属颗粒吸收微波能量，产生大量热电子。该热电子从纳米金属颗粒注入到半导体材料MoTe2等二维相变材料中，诱导半导体材料MoTe2等二维相变材料快速发生半导体-金属相变。
2)在相变实现过程中对器件造成的创伤较小，引入的缺陷少。
附图说明
图1为本发明制备过程中的示意图；
图中，1-金属薄层，2-二维相变材料。
具体实施方式
下文结合特定实例说明的实施方式，此处的实施例及各种特征和有关细节将参考附图中图示以及以下描述中详述的非限制性实施例而进行更完整的解释。省略众所周知的部件和处理技术的描述，以免不必要的使此处的实施例难以理解。在制作所述结构时，可以使用半导体工艺中众所周知的传统工艺。此处使用的示例仅仅是为了帮助理解此处的实施例可以被实施的方式，以及进一步使得本领域技术人员能够实施此处的实施例。因而，不应将此处的示例理解为限制此处的实施例的范围。
需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
在本发明的一种实施方式中，利用纳米金属颗粒辅助微波实现半导体金属相变的方法，其主要包括以下步骤：
(1)：首先，在二维相变材料表面生长一层金属薄膜；
(2)：接着，对二维相变材料进行退火，使得金属薄膜吸收热量转变为纳米金属颗粒；
(3)：最后，将退火后的二维相变材料转入微波腔体，微波处理，即实现二维相变材料发生半导体-金属相变。
在本发明的一种优选的实施方式中，所述的二维相变材料为单层结构MoTe2。
更优选的，所述单层结构MoTe2的厚度在1nm以内。
在本发明的一种优选的实施方式中，所述的金属薄膜的材质为金，也可以是其他材质的金属。
在本发明的一种优选的实施方式中，所述的金属薄膜的厚度小于10nm。
在本发明的一种优选的实施方式中，步骤(2)中退火的温度为200-400℃，时间在1h以内。
在本发明的一种优选的实施方式中，微波处理的工艺条件为微波频率2.45GHz，功率2000瓦，处理时间0.5-1.5分钟左右。
实施例1
如图1所示的一种半导体器件，其上表面包括一层金属薄膜1和一层二维相变材料2(即单层MoTe2)。
本实施例中，单层MoTe2的厚度为0.8nm，金属薄层材质为Au，厚度为5nm。对半导体器件进行退火，退火温度为200℃，时间为20min。退火后，Au薄层吸收热量后转变为Au纳米颗粒。退火结束后，将器件放进微波腔体，进行微波处理，纳米金属颗粒吸收热量，产生大量热电子。热电子从纳米金属颗粒注入到单层MoTe2上；诱导半导体材料MoTe2发生半导体-金属相变。在具体实验过程中，可以通过MoTe2拉曼峰位的变化可以推断出是否发生半导体-金属相变。
实施例2
利用纳米金属颗粒辅助微波实现半导体金属相变的方法，其主要包括以下步骤：
步骤一：在单层MoTe2材料表面淀积一层金属Ag薄层，厚度为5nm。
步骤二：对器件进行退火，温度为200℃，时间为15min。此时Ag薄层吸收热量后转变为Ag纳米颗粒。
步骤三：将半导体器件放进微波腔体里，纳米金属Ag颗粒吸收热量，产生大量热电子。热电子从纳米金属颗粒注入到半导体材料MoTe2上；注入的热电子诱导半导体材料MoTe2发生半导体-金属相变。
实施例3
与实施例1相比，绝大部分都相同，除了本实施例中退火温度为400℃，时间为10min。
上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种利用纳米金属颗粒辅助微波实现半导体金属相变的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)：首先，在二维相变材料表面生长一层金属薄膜；
(2)：接着，对二维相变材料进行退火，使得金属薄膜吸收热量转变为纳米金属颗粒；
(3)：最后，将退火后的二维相变材料转入微波腔体，微波处理，即实现二维相变材料发生半导体-金属相变。
2.根据权利要求1所述的一种利用纳米金属颗粒辅助微波实现半导体金属相变的方法，其特征在于，所述的二维相变材料为单层结构MoTe2。
3.根据权利要求2所述的一种利用纳米金属颗粒辅助微波实现半导体金属相变的方法，其特征在于，所述单层结构MoTe2的厚度在1nm以内。
4.根据权利要求1所述的一种利用纳米金属颗粒辅助微波实现半导体金属相变的方法，其特征在于，所述的金属薄膜的材质为金或银。
5.根据权利要求1所述的一种利用纳米金属颗粒辅助微波实现半导体金属相变的方法，其特征在于，所述的金属薄膜的厚度小于10nm。
6.根据权利要求1所述的一种利用纳米金属颗粒辅助微波实现半导体金属相变的方法，其特征在于，步骤(2)中退火的温度为200-400℃，时间在1h以内。
7.根据权利要求1所述的一种利用纳米金属颗粒辅助微波实现半导体金属相变的方法，其特征在于，微波处理的工艺条件为微波频率2.45GHz，功率2000瓦，处理时间0.5-1.5min。
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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Application publication date: 20180807 |